• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2019 年度 実績報告書

大気・水文結合データ同化 -水文ビッグデータ同化による大気・水文予測の改善-

研究課題

研究課題/領域番号 18H01549
研究機関千葉大学

研究代表者

小槻 峻司  千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 准教授 (90729229)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2021-03-31
キーワードデータ同化 / 水文 / 衛星観測 / 土壌水分 / 数値天気予報 / 全球陸面再解析 / NICAM-LETKF
研究実績の概要

本研究では、水文観測情報をデータ同化・天気予報システムにより統合的に同化し、中期天気予報、及び、河川流量、旱魃指数、穀物収量等の水文予測精度の改善を図る。大気・陸面は互いにフィードバックするため、両者を統合的に同化することで相乗効果がもたらされ、大気・陸域水循環の状態推定が、双方共に改善されることが期待できる。
令和1年度は、初年度に引き続き、理化学研究所で開発が進められている全球大気データ同化システムNICAM-LETKFへ、Global Land Data Assimilation Systems (GLDAS)から得られる土壌水分観測を有効に同化する方法について研究・開発を進めた。Kang et al. (2011)で提案されたモデル変数間の局所化手法を応用し、大気(陸域)観測のデータ同化で、陸面モデル(大気モデル)の変数を更新するか否かを指定できるシステムとし、最適な変数間局所化手法を調査した。実験の結果、どの土壌水分同化実験も、コントロール実験に比べてGLDASに対する土壌水分の誤差が低下する良好な結果を示した。結合データ同化実験の中では、土壌水分観測のデータ同化で大気モデル変数を更新する一方で、大気観測のデータ同化では陸面モデル変数を更新しない、部分的な強結合同化が最も良好な結果となった。これは、土壌水分観測の同化による、大気状態の推定が有効であろうことを示唆している。以上の成果をまとめ、論文を投稿中である。
その他、データ同化による全球大気モデルのパラメータ推定手法の高度化(Kotsuki et al. 2020; JGR)や、力学的・運動学的手法を組み合わせた全球降水予測手法の高度化(Kotsuki et al. 2019; WAF)、同化される観測のインパクト推定手法(Kotsuki et al. 2019; QJRMS)について研究を進め、論文を発表した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究は下記3点の研究遂行計画で進めている。総じて、当初の計画通りである。
(a) 初期値の改善: 大気・水文統合データ同化システムの開発:初年度に基本的なシステムを開発し、本年度は具体的な実験や手法の高度化を進めた。概要にまとめた様に、モデル変数間の局所化により、最適な陸面観測同化手法について調査している。次年度の成果発表を図る予定である。
(b) モデルの改良: アンサンブルデータ同化を用いた大気・水文モデルのパラメータ推定:初年度に、全球天気予報モデルのモデルパラメータを推定する手法を開発済みであるが、これはモデルパラメータを全球一様として推定する手法であった。今年度はこのシステムを更に拡張し、モデルパラメータの空間分布まで推定可能とした(Kotsuki et al. 2020; JGR)。実大気モデルで未知パラメータの空間分布を推定した画期的な成果であり、分野内における波及効果も大きいと考えられる。
(c) 予測の応用: 大気・水文情報のリアルタイム予測:NICAM-LETKFは2018年11月から、JAXAスーパーコンピュータシステム(JSS2)上で準実時間の動作を開始した。このシステムはNICAM-LETKF JAXA Research Analysis (NEXRA)と名付けられ、JAXAの公式HP上でも公開されている(https://www.eorc.jaxa.jp/theme/NEXRA/index_j.htm)。今年度は、この力学的手法と、Otsuka et al. (2016, 2019)による運動学的降水予測手法を組み合わせ、より精度の高い降雨予測が可能となる手法を開発した(Kotsuki et al. 2019; WAF)。この組み合わせ手法についても、既にJAXA-EORCの計算機サーバーへのリアルタイム実装を終えており、現在安定動作を確認中である

今後の研究の推進方策

研究計画 (a)と(c)を進めることが、今年度の基本方針となる。
(a) 大気・陸域データ同化では、大気(陸域)の観測データを大気モデル(陸面モデル)の変数更新にだけ利用する弱結合同化が一般的である。これまでに、大気(陸域)の観測データで陸面モデル(大気モデル)の変数更新を行う強結合データ同化について調査を進めてきた。昨年度は、全球陸面再解析(GLDAS)から得られる土壌水分を観測データとみなして同化し、強結合同化が有効に働く条件について調査してきた。結合データ同化実験の中では、土壌水分観測のデータ同化で大気モデル変数を更新する一方で、大気観測のデータ同化では陸面モデル変数を更新しない、部分的な強結合同化が最も良好な結果となった。これは、土壌水分観測の同化による、大気状態の推定が有効であろうことを示唆している。本年度はこの点について更に調査を進め、論文化を図る。
(c) 開発してきたシステムのリアルタイム予測システムへの展開を図る。具体的には、気象・水文モニタリングシステムの実時間運用を図る。また日本の2020年少雪など、社会影響を及ぼしうる気象・水文現象の検知可能性・特異性など、応用を意識した研究開発を進める。

  • 研究成果

    (26件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 8件、 招待講演 7件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] University of Melbourne(オーストラリア)

    • 国名
      オーストラリア
    • 外国機関名
      University of Melbourne
  • [国際共同研究] ドイツ気象局(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      ドイツ気象局
  • [雑誌論文] Data Assimilation for Climate Research: Model Parameter Estimation of Large‐Scale Condensation Scheme2020

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki Shunji、Sato Yousuke、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      Journal of Geophysical Research: Atmospheres

      巻: 125 ページ: N/A

    • DOI

      10.1029/2019JD031304

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GSMaP RIKEN Nowcast: Global Precipitation Nowcasting with Data Assimilation2019

    • 著者名/発表者名
      OTSUKA Shigenori、KOTSUKI Shunji、OHHIGASHI Marimo、MIYOSHI Takemasa
    • 雑誌名

      Journal of the Meteorological Society of Japan. Ser. II

      巻: 97 ページ: 1099~1117

    • DOI

      10.2151/jmsj.2019-061

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Simulating precipitation radar observations from a geostationary satellite2019

    • 著者名/発表者名
      Okazaki Atsushi、Honda Takumi、Kotsuki Shunji、Yamaji Moeka、Kubota Takuji、Oki Riko、Iguchi Toshio、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      Atmospheric Measurement Technique

      巻: 12 ページ: 3985-3996

    • DOI

      10.5194/amt-2018-278

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Global Precipitation Forecasts by Merging Extrapolation-Based Nowcast and Numerical Weather Prediction with Locally Optimized Weights2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki Shunji、Kurosawa Kenta、Otsuka Shigenori、Terasaki Koji、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      Weather and Forecasting

      巻: 34 ページ: 701~714

    • DOI

      10.1175/WAF-D-18-0164.1

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] On the properties of ensemble forecast sensitivity to observations2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki Shunji、Kurosawa Kenta、Miyoshi Takemasa
    • 雑誌名

      Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society

      巻: 145 ページ: 1897~1914

    • DOI

      10.1002/qj.3534

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 大規模気候予測情報に基づく浸水リスク推計の特性について2019

    • 著者名/発表者名
      阿部紫織, 渡部哲史, 山田真史, 小槻峻司,綿貫翔
    • 雑誌名

      水工学論文集

      巻: 75 ページ: 1081-1086

    • DOI

      N/A

    • 査読あり
  • [学会発表] Ensemble-Based Data Assimilation of GPM/DPR Reflectivity into the Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model NICAM.2020

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Terasaki K., Satoh M. and Miyoshi T.
    • 学会等名
      4th workshop on assimilating satellite cloud and precipitation observations for NWP
    • 国際学会
  • [学会発表] リモートセンシングデータを使った天気予報研究の最前線2020

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司
    • 学会等名
      千葉大学経済人倶楽部・絆 公開講座
    • 招待講演
  • [学会発表] 球衛星観測降水データを用いた天気予報システムの高度化2020

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司
    • 学会等名
      第22回環境リモートセンシングシンポジウム
  • [学会発表] ocal Particle Filter Implemented with Minor Modifications to the LETKF Code2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Miyoshi T., Kondo K., and Potthast R.
    • 学会等名
      AGU Fall Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] Data Assimilation Research for Global Weather Prediction2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S.
    • 学会等名
      The 7th International Symposium on Water Environmental Systems
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A New Evaluation Method for Cloud Microphysics Schemes Using GPM Dual-frequency Precipitation Radar2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Kurosawa K., Kanemaru K., Terasaki K. and Miyoshi T.
    • 学会等名
      39th International Conference on Radar Meteorology
    • 国際学会
  • [学会発表] Diagnosing Observation Impacts and Error Covariance with NICAM-LETKF2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      LMU DA Seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Diagnosing Observation Impacts and Error Covariance with NICAM-LETKF2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      DWD NWP Seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Model Parameter Estimation with Data Assimilation using NICAM-LETKF.2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Sato Y., Terasaki K., Yashiro H., Tomita H., Satoh M. and Miyoshi T.
    • 学会等名
      JpGU Meeting 2019
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Ensemble-Based Data Assimilation of GPM/DPR Reflectivity into the Nonhydrostatic Icosahedral Atmospheric Model NICAM2019

    • 著者名/発表者名
      Kotsuki S., Terasaki K., and Miyoshi T.
    • 学会等名
      JpGU Meeting 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] データ同化と経験科学の相似性について2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司
    • 学会等名
      科学基礎論学会
    • 招待講演
  • [学会発表] 低解像度全球大気モデルを用いた局所粒子フィルタ実験2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 三好建正:
    • 学会等名
      日本気象学会2019年度秋季大会
  • [学会発表] 全球大気・水文結合データ同化システムの開発と土壌水分データ同化実験2019

    • 著者名/発表者名
      黒澤賢太, 小槻峻司, 三好建正
    • 学会等名
      日本気象学会2019年度秋季大会
  • [学会発表] 全球大気データ同化システムによる天気予報研究の最前線2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 三好建正
    • 学会等名
      第14回名工大・核融合研合同セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Local Particle Filter: 低解像度全球大気モデルSPEEDY数値実験2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 三好建正
    • 学会等名
      第10回 理研・京大データ同化研究会
  • [学会発表] Observation Diagnostics with NICAM-LETKF.2019

    • 著者名/発表者名
      小槻峻司, 黒澤賢太, 三好建正
    • 学会等名
      データ同化手法を活用した観測システムの影響評価に関する研究会
  • [備考] 研究代表者HP

    • URL

      http://www.kotsuki-shunji.com/index.html

  • [備考] 研究代表者・研究室HP

    • URL

      https://kotsuki-lab.com/

URL: 

公開日: 2021-01-27  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi